• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2002.05c
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• pp.1-5
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• 2002

고체산화물 연료전지는 무공해 고효율의 에너지 발전 장치이다. 연료전지는 형태는 1 세대 알카리형 연료 전지부터 인산형, 고분자전해질형, 직접메탄올형, 용융탄산염형 그리고 3세대인 고체산화물형 연료전지들이 있다. 고체산화물 연료전지는 음극 및 양극 그리고 고온에서 작동되기 때문에 전해질 및 내부연결재 등이 많이 연구 개발되고 있다. 고체산화물 연료전지는 이동형으로부터 소형발전 시스템 및 대형 복합발전시스템에 걸쳐 많이 개발이 이루어지고 있다.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2003.05a
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• pp.244-245
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• 2003

고체나 액체 추진로켓에 비하여 하이브리드 추진 시스템은 작동조건의 안정성과 안전함등의 많은 장점을 가지고 있다. HTPB와 같은 고체연료는 제작 및 저장, 운송 그리고 장착상의 안정성을 가지고 있으며 하이브리드 로켓의 고체연료로의 산화제의 유입을 제어하면서 추력의 변화와 엔진내부의 연소중단과 재 점화를 용이하게 할 수 있다. 이러한 이유로 인하여 하이브리드 엔진은 좀 더 경제적인 장치로 기대를 모으고 있다. 그러나, 기존의 하이브리드 로켓 엔진은 고체 추진 로켓에 비하여 낮은 연료 regression 율과 연소효율을 가지는 단점이 있다. 이러한 단점을 해결하고 요구되어지는 추력값과 연료유량을 증가시키기 위하여 고체연료의 표면적을 증가시킬 필요가 있다. 기존의 하이브리드 엔진에서는 연료 그레인에 다수의 연소포트를 만들어 표면적을 증가시켰으나 이는 비 활용 공간의 증가와 추진제의 질량 및 체적분율의 상당한 감소를 초래한다. 지난 수십년간에 걸쳐 하이브리드 엔진에서 연료의 regression 특성 및 엔진 성능 향상을 위한 연구가 계속되어 왔으며 최근에 엔진의 체적 규제를 경감시키고 연료의 regression율을 향상시키기 위하여 선회유동을 이용하는 하이브리드 로켓 엔진들이 제안되고 있다. 이러한 선회유동을 가지는 하이브리드 로켓은 고체연료 그레인에 대하여 평행하게 유입되는 기존의 하이브리드 로켓에 비하여 고체연료 벽면에서의 대류열전달이 현저하게 증가하게 되어 아주 높은 고체연료의 regression율을 얻을 수 있는 이점이 있다. 선회유동 하이브리드 로켓의 연소과정은 고체 연료의 열분해과정, 대류 열전달, 난류 혼합, 난류와 화학반응의 상호작용, soot의 생성 및 산화과정, soot 입자 및 연소가스에 의한 복사 열전달, 연소장과 음향장의 상호작용 등의 복잡한 물리적 과정을 포함하고 있다. 이러한 물리적 과정 중 난류연소, 고체연료 벽면 근방에서의 대류 열전달 및 연소과정에서 생성되는 soot 입자로부터의 복사 열전달, 그리고 고체연료 열 분해시 표면반응들은 고체연료의 regression율에 큰 영향을 미친다. 특히 고체연료의 난류화염면의 위치와 폭, 그리고 비 예혼합 난류화염장에서 생성되는 soot의 체적분율의 예측은 난류연소모델, 열전달 모델, 그리고 regression율 모델에 의해 크게 영향을 받기 때문에 수치모델의 예측 능력 향상시키기 위하여 이러한 물리적 과정을 정확히 모델링해야 할 필요가 있다. 특히 vortex hybrid rocket내의 난류연소과정은 아래와 같은 Laminar Flamelet Model에 의해 모델링 하였다. 상세 화학반응 과정을 고려한 혼합분율 공간에서의 화염편의 화학종 및 에너지 보존 방정식은 다음과 같다. 화염편 방정식과 혼합분률과 scalar dissipation rate의 관계식을 이용하여 혼합분률과 scalar dissipation rate에 따른 모든 reactive scalar들을 구하게 된다. 이러한 화염편 방정식들을 mixture fraction space에서 이산화시켜서 얻은 비선형 대수방정식은 TWOPNT(Grcar, 1992)로 계산돼 flamelet Library에 저장되게 된다. 저장된 laminar flamelet library를 이용하여 난류화염장의 열역학 상태량 평균치는 presumed PDF approach에 의해 구해진다. 본 연구에서는 강한 선회유동을 가지는 Hybrid Rocket 연소장내의 난류와 화학반응의 상호작용을 분석하기 위하여 Laminar Flamelet Model, 화학평형모델, 그리고 Eddy Dissipation Model을 이용한 수치해석결과를 체계적으로 비교하였다. 또한 Laminar Flamelet Model과 state-of-art 물리모델들을 이용하여 선회 유동을 갖는 하이브리드 로켓 엔진의 연소 및 Soot 생성 및 산화과정을 살펴보았으며 복사 열전달이 고체 연료 표면의 regression율에 미치는 영향도 살펴보았다. 특히 swirl강도, 산화제의 유입위치 그리고 선회유동의 형성방식이 하이브리드 로켓의 연소특성 및 regression rate에 미치는 영향을 상세히 해석하였다.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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• v.34 no.3
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• pp.317-324
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• 2010

Metal-supported solid oxide fuel cells (SOFCs) have been developed to commercialize SOFCs. This new type of SOFC has high mechanical strength, but its mass transfer rate may be low due to the presence of a contact layer. In this study, the mass transfer characteristics of an anode-supported SOFC and a metal-supported SOFC are studied by performing numerical simulation. Governing equations, electrochemical reactions, and ceramic physical-property models are determined simultaneously; molecular diffusion and Knudsen diffusion are considered in mass transport analysis of porous media. The experimental results are compared with simulation data to validate the results of numerical simulation. The average current density of the metal-supported SOFC is 23% lower than that of the anode-supported SOFC. However, because of the presence of the contact layer, the metal-supported SOFC has a more uniform distribution than the anode-supported SOFC.

• Proceedings of the Korea Society for Energy Engineering kosee Conference
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• 2003.05a
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• pp.649-653
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• 2003

일반적으로 연료전지에는 알카리형(AFC)과 인산형(PAFC), 고분자형 연료전지(PEMFC) 등과 같이 비교적 저온에서 동작되는 연료전지와 고온형으로 $650^{\circ}C$에서 정온 동작되는 용융탄산염형 연료전지(MCFC)와 운전온도가 약 500~100$0^{\circ}C$로 폭넓게 적용될 수 있는 고체산화물 연료전지(혹은 고체전해질 연료전지, Solid Oxide Fuel Cell, SOFC)가 있다.(중략)

• Journal of the Korea Organic Resources Recycling Association
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• v.30 no.2
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• pp.29-42
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• 2022

The government promotes the 2050 carbon-neutral policy. Therefore, the concern to convert livestock manure into energy is increasing for the reduction of greenhouse gases generated in the livestock industry sector. In this study, the economic feasibility of the livestock manure solid fuel power generation facility, which is a major consumer of livestock manure solid fuel, was assessed to expand the demand for livestock manure solid fuel. The production cost of livestock manure solid fuel showed the lowest production cost of 97.4 thousand won/ton when dried using solid fuel at a 200 ton/day scale bio-drying facility. The livestock manure solid fuel power generation facility showed economic feasibility at a REC weight of 1.5 in the case of the bio-drying facility, so it was necessary to set a REC weight of 1.5 or more to expand the demand for livestock manure solid fuel. The conversion of livestock manure into solid fuel has various environmental benefits, such as the reduction of greenhouse gases and the effect of reducing non-point pollutants in the water system. Therefore, in order to expand livestock manure solid fuel production facility, it was required to review the feasibility including various environmental benefits.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2006.05a
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• pp.233-238
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• 2006

Hybrid rocket had many advantage with compared to solid and liquid rockets. In this study, swirl flow hybrid motor was designed and manufactured. And the methods of regression rate improvement were considered. Thrust was calculated with pressure of the combustion chamber and the regression rate was measured by using ultrasonic sensor technique in entire firing conditions. In this study, PMMA fuel and HTPB solid fuel were used in firing test.

• Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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• 2011.11a
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• pp.745-749
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• 2011

Two-dimemsional liquid-solid multiphase fluid dynamics was used to analyze the suspension and mix of liquid fuel and solid particles in fuel tank installed mixing impeller. In this paper, the multiphase flow was modeled using Eulerian Grandular Multiphase model. Experimental measurements of the axial distribution of solids concentration in stirred tanks under 12vol% solid loading were used for comparison with the CFD simulation. Four cases for the impeller location and flow pumping direction also were reviewed under 10.5% solids loading and 700rpm in fuel mix tank. The result of quality of suspension was compared with each cases and the impeller location and operation of mixing fuel tank was established.

• 한국신재생에너지학회:학술대회논문집
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• 2010.06a
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• pp.127.1-127.1
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• 2010

고체산화물연료전지는 고효율 및 무공해의 전기화학 에너지 변환장치로서, 최근 국내외에서 활발한 연구개발이 수행되고 있다. 특히, 고체산화물 연료전지 시스템의 조기 상용화를 위해 시스템의 작동온도를 약 $800^{\circ}C$ 이하로 낮추고 저가로 생산 할 수 있는 제조공정 개발에 대한 연구를 적극적으로 수행하고 있다. 본 연구에서는 고체산화물연료전지의 단위셀를 구성하는 연료극지지체 및 박막 전해질에 대해서 저가 양산의 테이프케스팅법 및 동시소성 공정, 그리고 연료극 지지체 전해질(anode-supported electrolyte)에 대한 공기극 페이스트 프린팅 제조공정에 대해 소개한다. 또한 고체산 화물연료전지의 제조공정 및 시간을 단축하기 위해 방전플라즈마 소결공법(SPS)에 의한 연료극 지지체 제조 공정, 단위셀의 성능 최적화를 위한 나노 스케일의 고성능 전해질 소재 분말합성 공정(crystallite size: 5~10nm, surface area : $100m^2/g$ 이상) 그리고 테이프케스팅에 의한 박막 전해질 제조 공정(thin film : $10{\mu}m$ 이하) 등 주요 단위셀 소재 및 부품의 제조공정 특성 그리고 단위셀의 전기화학적 특성(max. power density : 1.0 W/$cm^2$)에 대해 소개하며, 최종적으로 평판형 대면적 고체산화물연료전지(max. $20cm{\times}15cm$)의 단위셀 상용화 제조 기술 및 성능평가 기술에 대해서도 소개 할 예정이다.

• Journal of the KSME
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• v.44 no.1
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• pp.27-27
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• 2004

미국 국방부 소속 육군차량사업부(National A Automotive Center)는 대체에너지를 이용한 군용 차량 개발을 위해 Michigan 주 Rochester Hills에 위치한 E Energy Conversion Devices(ECD) 사와 일부 기술 개발 에 대한 기술 제휴를 한다고 발표했다. 국방부는 태양전 지와 수소를 연료로 사용하는 대체에너지 차량을 개발하 기 위해 ECD에 1단계 연구에 필요한 연구비를 지원했다. 이번 연구에는 연료전지를사용한차량개발을위해 5 500,$\omega$0달러가 투자되는데, Texaco Ovollic Hydrogen S Systems(TOHC)의 고체 휴대용 수소 연료와 채충천 (refueling) 시스탬이 주요 개발 목표로 설정됐다. ECD의 역할은 최근 개발된 Toyota Prius에 시범 적으로 장착된 저압 고체형 수소 저장 시스템의 기술을 군용 차량에 알맞게 전환시키는 것이다. TOHC와 ECD가 개발한 고체형 수소 보관 시스댐은 고압을 요구하는 연료전지 차량의 수소 저 장 시스템이 갖고 있는 많은 문제점들을 해결할 수 있을 것으로 기대되는 연료전지를 이용한 엔진 개발 중 최신 기술이다. 특히 전투 상황에서 차량이 폭발하기 쉬운 수소 저장 탱크를 장착한 채 전 장으로간다는 것은적에게 노출 될 경우자살과마찬가지인 치명적인 피해를 입을수 있다. 이 프로젝트의 개요를 살펴보면, 수소 저장 시스템은 적어도 약 lOkg의 수소를 적은 용적 내에 낮은 압력에서 안전하게 고체 상태로 저장할 수 있다. 이 고체 저장 용기는 하루에 두 번 1.7kg의 수소를 10분 이내에 재급유할 수 있다. 수소는대부분고압가스형태나저온액체 형태로보관된다. 기체나액체 형태의 수소는 연료전 지에 사용되기에는 적합하지 않은 점이 많다. Ovonie 수소 저장 방법은 수소를 저압 고체 형태 ( (metal hydride)로 보관하는 방법으로, 고압 기체나 저온 액체가 갖고 있는 많은 문제점들을 해결 할수있다. 그림을 참조하면 고체 형태의 수소 보관 방법이 다른 보관 방법에 비교해 단위 체적당 최고 6배 많은수소질량을보관할수 있다. 이 고체 형태의 보관방법은수소가적절한합금과평형 압력 이 상의 환경에 놓일 경우 합금에 홉착되는 현상을 이용하고 있다. 수소를 흡수한 합금은 새로운 특성 을 가진 metal hydride로 변하게 된다. 이 과정 에서 열이 부산물로 발생한다. 반대로 수소를 metal hydride로부터 분리시키기 위해서는 합금을 가열해야 한다.

• 기계와재료
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• v.21 no.4
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• pp.84-95
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• 2010

연료전지는 무공해 동력원 또는 무공해 발전설비로서 필수적으로 요구되는 미래형 친환경 장치이다. 현재 발전용 연료전지를 중심으로 빠르게 기술발전이 이루어지고 있고, 발전용 고체산화물 연료전지는 가장 유망한 분야 중 하나로 산업계의 많은 관심을 받고 있다. 고체산화물 연료전지의 상업화에 있어서 해결해야 할 가장 큰 문제는 대용량화 기술 개발 및 제조비용을 낮추는 일이며, 단가 및 대용량화 문제를 해결하기 위해서 필요한 핵심부품 중의 하나가 금속분리판 및 금속 전류집전체이다. 본 고에서는 고체산화물 연료전지용 금속소재기술 및 부품제조 기술의 연구개발 동향을 소개하고 앞으로 나아가야할 연구방향에 대해서 논의해보고자 한다.